Ny metode til hurtig 3D-mikroskopi

I fortiden, mange opdagelser er blevet gjort, fordi bedre, mere nøjagtige målemetoder er blevet tilgængelige, gør det muligt at indhente data fra tidligere uudforskede fænomener. For eksempel, højopløsningsmikroskopi er begyndt at ændre vores perspektiver på cellefunktion og dynamik dramatisk. Forskere ved ImmunoSensation2 Cluster of Excellence ved universitetet i Bonn, Universitetshospitalet og forskningscentret Caesar har nu udviklet en metode, der gør det muligt at bruge multi-fokale billeder til at rekonstruere bevægelsen af ​​hurtige biologiske processer i 3D. Undersøgelsen er for nylig blevet offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation .

Mange biologiske processer sker på en nano- til millimeterskala og inden for millisekunder. Etablerede metoder såsom konfokal mikroskopi er velegnede til præcise 3D-optagelser, men mangler den tidsmæssige eller rumlige opløsning til at løse hurtige 3D-processer og kræver mærkede prøver. Til mange undersøgelser i biologi, Billedoptagelse ved høje billedhastigheder er afgørende for at registrere og forstå de principper, der styrer cellulære funktioner eller hurtig dyreadfærd. Udfordringen for forskerne kan sammenlignes med at følge en spændende tenniskamp:Nogle gange er det ikke muligt at følge den hurtige bold med præcision, eller bolden bliver ikke opdaget, før den allerede er ude af banen.

Med tidligere metoder, forskerne var ikke i stand til at spore billedet, fordi billedet var sløret, eller genstanden af ​​interesse var simpelthen ikke længere i synsfeltet, efter billedet blev taget. Standard multifokale billeddannelsesmetoder tillader højhastigheds 3D-billeddannelse, men er begrænset af kompromiset mellem høj opløsning og stort synsfelt, og de kræver ofte lyse fluorescerende etiketter.

For første gang, den herved beskrevne metode gør det muligt at anvende multifokal billeddannelse med både et stort synsfelt og en høj spatio-temporal opløsning. I dette studie, forskerne sporer bevægelsen af ​​ikke-mærkede sfæriske og filamentøse strukturer hurtigt og præcist.

Som meget slående beskrevet i undersøgelsen, den nye metode giver nu ny indsigt i dynamikken i flagellerslag og dens forbindelse til sædcellers svømmeadfærd. Denne sammenhæng har været mulig, fordi forskerne var i stand til præcist at optage flagellarten af ​​fritsvømmende sædceller i 3D over en længere periode og samtidig følge sædbaner af individuelle sædceller. Ud over, forskerne bestemte 3D-væskestrømmen omkring den bankende sæd. Sådanne fund åbner ikke kun døren for at forstå årsager til infertilitet, men kunne også bruges i såkaldt "bionics, "dvs. overførsel af principper fundet i naturen til tekniske anvendelser.

Forskere ved ImmunoSensation2 Cluster of Excellence kan allerede bruge den nye metode – og ikke kun til at observere sædceller. Denne metode kan også bruges til at bestemme de 3D-flowkort, der er resultatet af slag af motile cilia. Bevægelige cilia slår på samme måde som sædhalen og transportvæsken. Cilia-drevet flow spiller en vigtig rolle i hjernens ventrikel eller i luftvejene, hvor det tjener til at transportere slim ud af lungerne og ind i halsen - det er også sådan patogener transporteres ud og afværges.

Det multi-fokale billeddannelseskoncept, der er rapporteret i denne undersøgelse, er omkostningseffektivt, let kan implementeres, og er ikke afhængig af objektmærkning. Forskerne hævder, at deres nye metode også kan finde vej til andre områder, og de ser mange andre potentielle anvendelser.